SINTESIS DAN KARAKTERISTIK TiO 2 DAN SiO 2 SERTA APLIKASINYA TERHADAP KADAR Fe DALAM AIR SUMUR
Wening Dwi Prastiwi 1) , Khoironni Devi Maulana 1) , Emas Agus Prastyo Wibowo 1) , Navela Rahma Aji 1) , Atik Setyani 1)
1) Program Studi Kimia,  FMIPA Universitas Negeri Semarang e-mail: weningdwiprastiwi@gmail.com; dm.khoironni@students.unnes.ac.id;emasagus@ymail.com; rahmanavela@gmail.com; setyaniatikatric@gmail.com

## ABSTRAK
Air merupakan kebutuhan yang terpenting dalam kehidupan manusia. Air berperan banyak dalam berbagai  kegiatan  manusia  oleh  karena  itu  kandungan  yang  ada  di  air  harus  bermanfaat  bagi manusia.  Banyak  kandungan  yang  terdapat  di  air  yang  sangat  bermanfaat,  tetapi  bayak  juga kandungan air yang mungkin tidak bermanfaat bahkan bahaya jika digunakan oleh manusia, salah satunya  yaitu  kandungan  logam  berat  terutama  Fe  (besi).    Sehingga  tujuan  pada  penelitian  ini untuk mengetahui penurunan kadar Fe (besi) dalam air sumur yang di lakukan dengan fotokimia dengan TiO 2 dan SiO 2 serta dapat mengidentifikasi karakteristik dari TiO 2 dan SiO 2 . Sampel yang digunakan  yaitu  air  sumur  300  m  dibagi  menjadi  tiga  masing-masing  100  ml  dengan  perlakuan yang  berbeda.  Pada  sampel  100  ml  pertama  tidak  diberikan  perlakuan  dan  juga  penambahan. Sampel 100 ml kedua diperlakukan dengan penambahan SiO 2 dan pengadukan selama 1 jam, dan untuk  sampel  100  ml  ketiga  diperlakukan  dengan  penambahan  TiO 2 dan  pengadukan  selama  1 jam.  Ketiga  sampel  dengan  perlakuan  yang  berbeda  tersebut  di  analisis  dengan  menggunakan AAS (Atomic  Absorption  Spectroscopy) di  Laboratorium  Kimia  Universitas  Negeri  Semarang. Hasil  penelitian  Analisis  menggunakan  AAS (Atomic  Absorption  Spectroscopy )  menunjukkan hasil  kadar  Fe  meningkat  pada  saat  penambahan  SiO 2 dan  TiO 2 terhadap  sampel  yang  tidak mendapatkan perlakuan tambahan. kadar Fe pada sampel yang tanpa penambahan sebanyak 0,206 mg/L, kemudian kadar Fe pada sampel yang ditambahkan SiO 2 sebenyak 0,225 mg/L, dan kadar Fe pada sampel dengan penambahan TiO 2 sebanyak 0,214 mg/L. Hal ini dikarenakan bentuk TiO 2 dan  SiO 2 berupa  suspensi.  Kelemahan  sistem  suspensi  ini  adalah  pemisahan  partikel  TiO 2 memerlukan  waktu  yang  lama  dan  biaya  yang  sangat  mahal,serta  daya  tembus  sinar  sinar  UV yang terbatas karena absorbsi yang kuat oleh TiO 2 (efek bayangan) dan spesies organik terlarut.
Kata Kunci : air sumur, TiO 2 , SiO 2 , Logam besi (Fe).
SYNTHESIS AND CHARACTERISTICS OF TiO 2 AND SiO 2 APPLICATION TOWARD LEVELS OF Fe IN THE WELL WATER

## ABSTRACT
Water  is  the  most  important  need  in  human  life.  Also,  water  has  many  contributions  in  many human  activities.  Therefore,  the existing  content  in  the  water  must  be  beneficial  for  human. However,  material  contained  in  water  may  be  beneficial  yet  dangerous  for  human  as  well,  for instance  heavy  metals  content,  especially  Fe  (iron).  The  main  objective  of  this  study  is  to determine decreasing levels of Fe (iron) in the well water that is done by photochemical reaction using  TiO 2 and  SiO 2 ,  and  identify  the  characteristics  of  TiO 2 and  SiO 2 .  Samples  of  well  water used  is  300  ml  divided  into  three  part,  and  every  part  of  100  ml  water  will  be  given  different treatment. First 100 mL sample is not given any treatment and addition. Second 100 mL samples treated  with  the  addition  of  SiO 2 and  stirring  for  an  hour,  and  the  third  sample  of  100  mL  is treated  with  the  addition  of  TiO 2 and  stirring  for  an  hour.  All  of  three  samples  with  different treatments  are  analyzed  using  AAS  (Atomic  Absorption  Spectroscopy)  in  the  Chemistry Laboratory  Semarang  State  University.  The  research  result  of  analysis  using  AAS  (Atomic Absorption  Spectroscopy)  shows  Fe  content  increased  as  the  addition  of  SiO 2 and  TiO 2 in  the samples  than  the  sample  without  any  additional  treatment.  Fe  content  in  the  sample  without addition is 0.206 mg/L, while Fe content in the sample with addition of SiO 2 is 0.225 mg/L, and Fe content in the sample with the addition of TiO 2 is 0.214 mg/L. This caused by the form of TiO 2
and SiO 2 is a suspension. The weakness of this suspension system is the TiO 2 particle separation takes  a  long  time,  very  expensive,  and  also  limited  UV  rays  penetrating  power  because  of  the strong absorption by TiO 2 (shadow effect) and may dissolved organic species.
Keywords : well water, TiO 2 , SiO 2 , metals iron (Fe).

## PENDAHULUAN
Air tanah adalah air yang terdapat di bawah  permukaan  tanah  dalam  lajur  jenuh air.  Lajur  jenuh  air  ini  merupakan  lapisan tanah  atau  batuan  yang  mempunyai  ruangan atau celahan di dalamnya, karena ruangannya  saling  berhubungan  maka  air yang  terdapat  di  dalamnya  dapat  bergerak dan  mengalir.  Keterdapatan  air  di  samping dari distribusi PDAM setempat terdapat juga air  hujan,  air  sungai  dan  sebaran  sumur galian.
Manusia  membutuhkan  air  dalam semua  aspek  kehidupan,  untuk  memasak, mandi,  mencuci  dan  kebutuhan  lainnya. Secara  biologis  air  berperan  pada  semua proses  dalam  tubuh  manusia,  misalnya pencernaan, metabolisme, transportasi, mengatur keseimbangan suhu tubuh (Rahayu, 2004). Dalam  aliran  air  tanah,  mineral- mineral  dapat  larut  dan  terbawa  sehingga mengubah  kualitas  air  tersebut.  Air  tanah sering mengandung unsur-unsur logam berat yang  menyebabkan  air  berwarna  kuning kecoklatan  dan  bercak-bercak  pada  pakaian serta  dapat  mengganggu  kesehatan,  yaitu bersifat  toksis    terhadap  organ  melalui gangguan  secara  fisiologisnya,  misalnya kerusakan  hati,  ginjal  dan  syaraf.  Jika  kita mengkonsumsi  air  minum  secara  terus menerus  dengan  kandungan  mangan,  besi, magnesium,  kalsium  dalam  jumlah  melebihi baku  mutu  air  maka  dimungkinkan  adanya akumulasi logam tersebut dalam tubuh. Oleh karena  itu  penulis  mencoba  melakukan metode  fotokatalis  TiO 2 dan  SiO 2 untuk mengetahui perbandingan  banyaknya logam berat  terutama  besi  (Fe)  yang  terkandung dalam  air  sumur  setelah  melakukan  metode fotokatalis.
Fotokatalis adalah reaksi kimia yang berjalan  dengan  bantuan  katalis  dan  katalis tersebut aktif ketika disinari cahaya matahari.  Teknologi  ini  merupakan  salah satu metode yang digunakan untuk pengolahan  limbah  cair.  Proses  ini  dapat juga  disebut  proses  oksidasi  berkelanjutan
yang  cocok  untuk  mengoksidasi  zat  warna. Proses oksidasi berkelanjutan ini berdasarkan  pada  pembentukan  radikal hidroksi  (OH    )  yang  merupakan  oksidator kuat yang dapat mempromosikan mineralisasi  total  pada  polutan  organik (Faisal et  al .,  2007;  Saquib et  al .,  2008; Singh et  al .,  2008;  Silviyanti,  I.,  2012; Tussa’adah dan Astuti, 2015).
Untuk  mengaktifkan  katalis  TiO 2 dibutuhkan  energi  foton  dengan  panjang gelombang  yang  kecil.  Material  fotokatalis yang  banyak  menjadi  fokus  riset  para peneliti  dunia  adalah  Titanium  Dioksida (TiO 2 ).  TiO 2 merupakan  senyawa  dioksida berwarna  putih  yang  tahan  karat  dan  tidak beracun  dan  juga  merupakan  salah  satu katalis  yang  paling  stabil,  paling  sering digunakan  dibandingkan  dengan  katalis lainnya  (Abdullah,  2011).  Semikonduktor fotokatalisis  menggunakan  TiO 2 sebagai fotokatalis telah dilakukan untuk memecahkan  berbagai  masalah  lingkungan, antara  lain  untuk  pemurnian  air  dan  udara, destruksi mikroorganisme seperti bakteri dan virus dalam aktivasi sel kanker, degradasi zat warna  dan  senyawa  kimia  beracun  serta pembuatan gas hidrogen dari air (Rahmawati et al ., 2008).
Silika amorf  memiliki densitas yang rendah sehingga dapat dimanfaatkan sebagai pendukung fotokatalis TiO 2 menjadi fotokatalis TiO 2 -SiO 2 bertujuan untuk meningkatkan  efektifitas  fotokatalisis  dari TiO 2 .  Pada  fotokatalisis  akan  terjadi  proses fotoreduksi dan fotooksidasi. (Farisa N Puri, 2014)  telah  berhasil  membuat  fotokatalis TiO 2 -SiO 2 dengan  silika  hasil  ekstraksi  dari pasir  kuarsa  dan  diaplikasikan  untuk menurunkan  kadar  logam  kromium  (VI) hingga penurunan kadar mencapai 92,24%.
Penggunaan  TiO 2 dalam  bentuk suspensi  menunjukkan  bahwa  senyawa intemediet  ataupun  produk  yang  bersifat tosik  daoat  diuraikan.  Namun  kelemahan sistem  suspensi  ini  adalah  pemisahan partikel  TiO 2 memerlukan  waktu  yang  lama dan  biaya  yang  sangat  mahal,serta  daya tembus  sinar  sinar  UV  yang  terbatas  karena
absorbsi  yang  kuat  oleh  TiO 2 (efek bayangan)  dan  spesies  organik  terlarut. Beberapa peneliti telah mencoba mengurangi kelemahan  sistem  suspensi  tersebut  dengan cara  melakukan  imobilisasi  TiO 2 pada bermacam-macam  material  penyangga,  di antaranya fiber  glass ,  karbon  aktif, silica rubber dan  plat  titanium.  Cara  ini  memiliki keunggulan, yaitu dapat mengurangi masalah pemisahan  partikel  katalis,  sehingga  dapat digunakan dalam sistem kontinyu (Bahnemann et  al .,  2002),  (Wibowo et  al ., 2016). Berdasarkan  latar  belakang  tersebut, peneliti  mengangkat  judul  “  Sintesis  dan Karakterisasi  Fotokatalis  TiO 2 dan  SiO 2 terhadap Air Sumur”.

## METODE PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  adalah metode  kuantitatif  dengan  analisis  AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) .

## Metode Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data menggunakan  metode  eksperimen  untuk menganalisis air sumur yang belum dan yang sudah  diperlakukan  dengan  penambahan SiO 2 dan  TiO 2 .  Sampel  dalam  penelitian  ini adalah  air  sumur  sebanyak  300  ml.  Variabel yang  diteliti  adalah  kadar  logam  berat  Fe (besi). Jalannya
penelitian yaitu menganalisis  kadar  logam  berat  Fe  (besi) dalam    air  sumur  sebelum  diberi  perlakuan dan  penambahan  SiO 2 dan  TiO 2 .  Kemudian air  sumur  ditambahakan  SiO 2 pada  sampel kedua  dan  penambahan  TiO 2 pada  sampel ketiga sebanyak 0,1 gram. Proses pengadukan masing-masing dilakukan selama  1  jam  sampai  SiO 2 dan  TiO 2 larut sempurna  dalam  air  sumur.  Setelah  larut, larutan dimasukkan ke dalam botol kaca.
Metode Analisis Data Metode  analisis  data  menggunakan analisis AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) di Laboratorium Kimia FMIPA  Unnes.  Analisis  AAS (Atomic Absorption  Spectroscopy) dipilih  karena mudah  untuk  mengetahui  kadar  logam  berat pada sampel air sumur. Melalui analisis AAS (Atomic  Absorption  Spectroscopy) dapat diketahui  kadar logam berat Fe  (besi) dalam air  sumur  dengan  tingkat  ketelitian  yang baik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi TiO 2 dan SiO 2
Gambar 1. Uji Kristalinitas (a) TiO 2 Menggunakan XRD
Pola  refleksi  pada  difaktogram  komposit TiO 2 ditunjukkan  pada  2 𝜃 sebesar  25,31; 38,58;  48,34;  53,91;  62,72  yang  merupakan ciri difraksi dari bidang kristal 101, 004, 200, 105 dan 204 TiO 2 anatase (A) sesuai dengan JCPDS No.21-1272 (Saraswati dan Nugraha, 2014) (Gambar 1).
Gambar 2. Morfologi SEM TiO 2 Perbesaran  1000  X  (Karakterisasi  di LIPI   Metalurgi)
Berdasarkan  hasil  SEM  ( Scanning
Electron Microscopy ) di atas dapat disimpulkan  bahwa:  Pada  Gambar  2  dan  3, perbesaran SEM 1000 x dan 20000x terlihat bahwa  material  terlapis  pada  gambar  2 belum  bagus  dan  masih  menggumpal  dan belum merata. Hal ini dikarenakan pengadukan  yang  kurang  lama  dan  waktu aging  yang  hanya  sebentar  yang  akan mempengaruhi struktur morfologi TiO 2 yang dihasilkan.  Sedangkan  pada  Gambar  3 material SiO 2 dari jerami padi sudah merata.
Gambar 3. Morfologi SEM SiO 2 Perbesaran  20000  X  (Karakterisasi di Institut Teknologi Bandung)

## Hasil Analisis Kadar Fe dalam air sumur
Fotokatalitik  merupakan  kombinasi proses fotokimia dan katalitik. Dalam hal ini diperlukan cahaya dan katalis untuk melangsungkan  (mempercepat)  transformasi kimia  .  Katalis  pada  proses  ini  lebih  khas disebut  sebagai  fotokatalis  dan  memiliki kemampuan  mengabsorb  foton.  Dengan demikian fotokatalitik dapat pula didefinisikan  sebagai  suatu  proses  yang terjadi  berdasarkan  pada  kemampuan  ganda dari  suatu  fotokatalis  untuk  mengabsorsi foton secara bersamaan.Beberapa semikonduktor seperti ZnO, TiO 2 , GaP, CdS, SiC  dan  lain-lain  dapat  digunakan  dalam reaksi  fotokatalitik.  Namun  hingga  saat  ini TiO 2 merupakan  material  yang  dianggap paling  cocok  digunakan  untuk  aplikasi lingkungan  secara  luas.  Hal  ini  disebabkan TiO 2 bersifat inert baik secara kimia maupun biologi,tidak  beracun,stabil  terhadap  korosi, serta  harganya  relatif  murah  (Andayani et al ., 2001)
Air  sumur  adalah  air  tanah  dangkal sampai  kedalaman  kurang  dari  30  meter,  air sumur  umumnya  pada  kedalaman  15  meter dan  dinamakan  juga  sebagai  air  tanah  bebas karena  lapisan  air  tanah  tersebut  tidak  b erada  di  dalam  tekanan.Untuk  memenuhi kebutuhan  air  sumur  yang  bersih  terdapat tiga  parameter  yaitu  parameter  fisik  yang meliputi bau, rasa, warna dan
kekeruhan.Parameter kedua adalah parameter kimia yang meliputi kimia organik
dan  kimia  anorganik  yang  mengandung logam  seperti  Fe,  Cu,  Ca  dan  lain-lain. Parameter ketiga adalah parameter bakteriologi yang terdiri dari koliform  fekal dan koliform total (Waluyo, L, 2004) Tabel 1: AAS ( Atomic Absorption Spectroscopy) Sampel Analyte Mean Tanpa perlakuan Fe 248,33 0,206 mg/L Penambahan SiO 2 Fe 248,33 0,225 mg/L Penambahan TiO 2 Fe 248,33 0,214 mg/L Berdasarkan uji AAS (Atomic Absorption  Spectroscopy) yang  telah dilakukan  di  Laboratorium  Jurusan  Kimia FMIPA  Univeritar  Negeri  Semarang  yaitu pada  air  sumur  asli  yang  tidak  ada penambahan  mengandung  kadar  logam sebanyak  0,206  mg/L,  kemudian  pada sampel air sumur yang di fotokatalis dengan SiO 2 kadar  logam  Fe  (besi)  sebanyak  0,225 mg/L,  dan  sedangkan  pada  sampel  ketiga yang  difotokatalis  dengan  TiO 2 memiliki kadar  logam  sebanyak  0,14  mg/L.  Dengan hasil  yang  tersebut  hal  ini  dapat  diketahui bahwa  perlakuan  fotokatalis  dengan  SiO 2 dan  TiO 2 pada    air  sumur  menyebabkan kenaikan  kadar  logam  Fe  (besi)  semakin meningkat.  Pada  fotokatalis  menggunkan TiO 2 meningkat  sebesar  0,008  mg/L  dari  air sumur  yang  tanpa  perlakuan.  Sedangkan pada fotokatalis menggunakan SiO 2 meningkat  dengan  signifikan  sebesar  0,019 mg/L  dari  air  sumur  yang  tanpa  perlakuan. Terjadinya peningkatan kadar Fe (besi) pada saat  dilakukan  perlakuan  fotokatalis  dengan SiO 2 dan  TiO 2 ini  disebabkan  karena  pada serbuk  SiO 2 dan  TiO 2 ini  memiliki kandungan  Fe  (besi)  dalam  jumlah  yang tidak  begitu  besar.  Dari  peningkatan  yang signifikan  setelah  perlakuan  fotokatalis dngan  perbandingan    air  sumur  yang  tanpa perlakuan  hal  ini  dapat  ditarik  satu  hasil yaitu  karakteristik  SiO 2 dan  TiO 2 melalui sintesis  terhadap  air  sumur  bisa  menambah kadar Fe (besi) . This is because a high TiO 2 and  SiO 2 aggregation  occurs  and  decrease the activity of photocatalytic.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  dapat disimpulkan  bahwa  penambahan  SiO 2 dan TiO 2 dapat  meningkatkan  kadar  Fe  (besi) dalam  air  sumur  berdasarkan  analisis Setelah  dilakukan  analisis  AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) diperoleh kadar Fe (besi)  saat  penambahan  SiO 2 sebesar  0,225 mg/L  sedangkan  penambahan  TiO 2 sebesar 0,214  mg/L.  Penelitian  ini  menunjukkan bahwa  sintesis  SiO 2 dan  TiO 2 terhadap  air sumur.  Penelitian  ini  masih  menggunakan teknik  pengadukan  manual  dengan  tangan sehingga  untuk  ke  depannya  dapat  lebih dikembangkan lagi.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terima  kasih  kepada  Emas Agus  Prastyo  Wibowo  selaku  pembimbing penelitian  dan  pihak  Laboratorium  Kimia Universitas Negeri Semarang sebagai
penyedia  fasilitas  analisis  AAS (Atomic
Absorption Spectroscopy) .

## DAFTAR PUSTAKA
Abdullah,  M.,  Arutanti,  O.,  Isnaeni,  V.A., Fitria,  I.  Amalia.,  Maturi,  A.H.  dan
Khairurijjal.  2011.  Pengolahan  Air Limbah  dengan  Material  Struktur Nanometer, Jurnal Seminar Kontribusi Fisika , INV05. Andayani, W., 2001. Degradasi Pentaklorofenol  Dalam  Air  Secara Fotokatalitik  Dengan  Tio2  Yang Diimobilisasikan Pada Logam Titanium: Evolusi Senyawa Intermediet .  Tesis Magister  Ilmu Kimia. Program Pasca Sarjana FMIPA UI.
Bahnemann,  D.W.,  Kholuiskaya,  S.N., Dillert,  R.,  Kulak,  A.I,  And  Kokorin, A.I.,  Acid  Catalyzed  By  Nanosized TiO 2 articles. Applied  Catalysis  B  : Enviromental , 36: 161-169.
Faisal, M.,Abu Tariq, M., Muneer, M. 2007.
Photocatalysed  Defradation  of  Two
Selected Dyes in UV-Irradated Aqueous Suspensions ot Titania. Dyes and Pigments , 72: 233-239.
Rahayu,  T.  2004.  Karakteristik  Air  Sumur Dangkal  di  Wilayah  Kartasura  dan Upaya
Penjernihannya . Jurnal
Penelitian  Sains  &  Teknologi ,  5(2): 104-124.
Rahmawati,  F.,  Wahyuningsih,  S.,  dan Handayani,  N.  2008.  Modifikasi Permukaan Lapisan Tipis Semikonduktor TiO 2 Bersubstrat
Grafit  dengan  Elektrodeposisi  Cu. Jurnal Kimia, 8(3): 331-336 .
Saquib,M., Abu T.M., Haque, M.M., Munee, M.  2008.    Photocatalytic  Degradation of Disperse Blue 1 Using UV/TiO 2 /H 2 O 2 Process. Journal  of Environment  Management ,  88:  300- 306.
Silviyanti,  I.  2012.  Pengolahan  Zat  Warna Tekstil  Jingga  Metil  Menggunakan Bentonit Terpilar TiO 2 . Skripsi.
Jurusan Kimia Universitas Airlangga.
Singh,  H.K.,  Saquib,  M.,  Haque,  M.M., Muneer,  M.  2008.  Heterogeneous Photocatalysed Decolorization of Two Selected  Dye  Derivatives  Neutral  Res and  Toluidine  Blue  In  Aqueous Suspensions. Journal  of  Chemistry Engineering , 136: 77-81.
Tussa’adah  dan  Astuti.  2015.  Sintesis Material Fotokatalis TiO 2 untuk Penjernihan  Limbah  Tekstil. Jurnal Fisika Unand 4(1): 91-96.
Waluyo,  L.  2004.  Mikrobiologi  Umum. Malang  :  UMM    Press.  Halaman 109,134,132,142 -152,175-176
Aji,  N.  R.,  Wibowo,  E.  A.  P.,  Ujiningtyas, R., Wirasti, H., & Widiarti, N. (2016). Sintesis  Komposit  TiO 2 -Bentonit  dan Aplikasinya  untuk  Penurunan  BOD dan  COD  Air  Embung  UNNES. Jurnal Kimia  VALENSI, 2 (2),  114- 119.